Текст книги "Ангелы страшатся"

Изучая отношения генетики и морфогенеза, мы снова и снова встречаем проблему, в действительности являющуюся двойной. На такой двойной характер почти любой проблемы из сферы коммуникации указывает название знаменитой статьи Уоррена Мак-Каллока «Что есть число, коль скоро человек может его знать, и что есть человек, коль скоро он может знать число?» (McCulloch, 1965). В нашем случае проблема звучит так: «Что есть послание ДНК, коль скоро эмбрион может его получить, и что есть эмбрион, коль скоро он может получить послание ДНК?» Проблема становится особенно интригующей, когда мы сталкиваемся с симметрией, метамерией (сегментацией) или множественными органами.

Как я говорил выше, можно сказать, что у краба на туловище «десять придатков», а можно – «пять пар придатков». Очевидно, ни то ни другое не является хорошим описанием. Представим себе, что какой-то участок, небольшая зона развивающегося эмбриона должна получить набор инструкций, определяющих эти множественные конечности. Набор, точно устанавливающий число «пять» или «десять», для конкретного ограниченного участка бесполезен. Каким образом эта точка, эта группа клеток в конкретной зоне развивающегося эмбриона, может узнать число, которое воплощено как более широкая группа тканей, из которых развиваются такие придатки? Получается, ограниченная зона единичной клетки должна иметь информацию не только о том, что в конечном счете должно образоваться пять придатков, но и о том, что их где-то уже четыре, или три, или два, или сколько их там может быть в любой данный момент. Ситуация остается неясной даже если речь идет не о числах «пять» или «десять», а, скажем, о пятиугольном паттерне.

Единичной клетке или локальной группе растущих клеток одновременно нужна и информация об общем паттерне, и информация о том, чем именно конкретная группа должна стать в этом гештальте. (Как альтернатива, ход эмбрионального развития должен был бы напоминать мозаику. Утверждают, что у мельчайших нематод исход каждого клеточного деления в буквальном смысле предначертан.)

Отношения между паттерном и количественными параметрами становятся особенно важны с точки зрения отношений между воздействием окружающей среды и генотипическими детерминантами. Различие между этими двумя видами объяснения в том, что объяснение через генотип обычно обращено к дискретной (цифровой) и структурной стороне вопроса, тогда как воздействия окружающей среды (например, стресс) принимают скорее количественную форму. Мы можем представить себе соматику индивидуума, его растущее тело как арену, где количество встречается с паттерном. Именно потому, что детерминирование со стороны среды, как правило, бывает количественным, а детерминирование со стороны генотипа, как правило, есть вопрос паттернов, ученые либо выказывают выраженное предпочтение какому-то одному объяснению, либо в каждом конкретном случае произвольно выбирают одно из двух. Некоторые люди предпочитают количественные объяснения, тогда как другие предпочитают объяснения через паттерн.

Два этих умонастроения, различающихся настолько, что их можно считать различными эпистемологиями, воплотились и в политических доктринах. В частности, марксистская диалектика придает большое значение отношениям между количеством и качеством, или, на моем языке, отношениям между количеством и паттерном. Как я это понимаю, ортодоксальная марксистская идея состоит в том, что все важные социальные изменения привносятся или стимулируются количественными «давлениями», «напряжениями» и т. п. Эти количественные факторы предположительно нарастают вплоть до некоторой переломной точки, в которой происходит скачок социальной эволюции, ведущий к новому гештальту. Суть здесь в том, что этот скачок определяется именно количественным фактором. Следовательно, предполагается, что необходимые ингредиенты грядущего изменения всегда и неизбежно найдутся, лишь только стресс, вызываемый количественным фактором, станет достаточно сильным.

В качестве физической модели этого явления обычно приводится цепь, которая под нагрузкой в конечном счете разрывается на своем слабейшем звене. В случае, если звенья одинаковы и практически неразличимы, цепь может превзойти предел обычной прочности, однако в конечном счете слабейшее звено обнаружится и станет местом разрыва. Еще одна модель – это кристаллизация медленно охлаждаемой жидкости. Процесс кристаллизации всегда начинается из некоторой конкретной точки, какой-то мелкой неоднородности или частички грязи, и, начавшись, идет до полного завершения. Очень однородные и чистые вещества в очень гладких сосудах можно переохладить на несколько градусов, однако в конечном счете кристаллизация все равно начинается, и в случае переохлаждения происходит быстро.

Еще одним примером отношений между количественными и качественными изменениями является связь между пробками на дорогах и числом используемых автомобилей. Популяция автомобилей в данном регионе медленно растет год от года, однако возможная скорость движения автомобилей остается постоянной, пока популяция не достигает некоторого порогового значения. Кривая роста популяции автомобилей со временем – это медленно растущая плавная кривая с небольшой положительной производной. По контрасту, кривая среднего времени в пути на километр дороги – это горизонтальная линия, остающаяся константой до определенной точки. Когда число автомобилей превышает пороговое значение, на дорогах возникают пробки, и кривая среднего времени на километр резко взлетает вверх.

Можно сказать, что вплоть до некоторой точки увеличение числа автомобилей в регионе было «хорошим», имело положительную ценность, однако сверх этой точки число автомобилей стало вредным.

Диалектический взгляд на историю схож с вышеописанным. Он предполагает, что в некоторой исторической точке, например в середине XIX века, социальная дифференциация и напряжения были таковы, что должна была появиться теория эволюции определенного вида, отражающая такую социальную систему. Насколько я понимаю, марксисты считают несущественным, создал ли теорию Дарвин, Уоллес, Чемберс (Chambers) или кто-то еще из полудюжины ведущих биологов, бывших тогда на грани создания теории эволюции такого общего типа. Марксисты полагают, что когда время созрело, человек найдется. Всегда найдется кто-то, кто послужит точкой кристаллизации нового гештальта. И действительно, история теории эволюции как будто это подтверждает. В 1850-х было несколько человек, готовых создать теорию эволюции. Эта теория или какое-то ее подобие должна была неизбежно появиться в период плюс-минус десять лет от даты фактического опубликования «Происхождения видов». Также, без сомнения, было политически неизбежно, что в это время ламаркианский взгляд на эволюцию исчез со сцены, а кибернетическая философия эволюции, предложенная Уоллесом, не стала доминирующей идеей.

Для марксистов суть вопроса в том, что события определяются именно количественным фактором, а паттерн генерируется позднее в ответ на количественное изменение.

Моя собственная точка зрения на этот вопрос, развившаяся за последние несколько лет, в точности противоположна или, лучше сказать, в точности дополнительна этой. А именно, я утверждаю, что количественный фактор ни при каких обстоятельствах не может стать объяснением паттерна. Информационное содержание количества как такового равно нулю.

Мне становится все яснее, что вульгарное использование «энергии» в качестве объяснительного средства является заблуждением именно потому, что количественный фактор не определяет паттерн. Я утверждаю, что количественная нагрузка, приложенная к цепи, не имеет другого способа ее разорвать, кроме как обнаружить слабейшее звено. В действительности паттерн скрыто присутствует в цепи и до приложения нагрузки, и под нагрузкой «проявляется», как сказал бы фотограф.

И по своему темпераменту, и по интеллекту я отношусь к тем, кто предпочитает объяснения через паттерн объяснениям через количество.

Однако недавно я начал понимать, каким образом эти два вида объяснений могут согласовываться. Долгое время мне не давала покоя мысль о «вопросе», а именно может ли в прелингвистическом биологическом мире в воплощенном виде существовать что-то вроде вопроса.

Хочу уточнить: я не имею в виду вопрос, которым воспринимающий организм может задаться в отношении окружающей среды. Например, можно сказать, что крыса, исследующая экспериментальный бокс, в известном смысле спрашивает, опасен или безопасен этот бокс, но нас сейчас интересует не это.

Меня интересует, возможно ли, чтобы на глубоком уровне существовало что-то вроде вопроса, заданного на языке директив, составляющих основу генетики, морфогенеза, адаптации и т. п.[65]65
  Речь, как кажется, идет о том, могут ли в алгоритмах развития живых существ иметься условные операторы и точки ветвления. – Примеч. пер.


[Закрыть] Что может значить слово «вопрос» на этом глубоком биологическом уровне?

Примером того, что я имею в виду под «вопросом» на морфогенетическом уровне, служит последовательность событий, следующих за оплодотворением яйца позвоночного животного, например лягушки. Как хорошо известно, неоплодотворенное яйцо лягушки – это радиально-симметричная система с двумя дифференцированными полюсами: верхним («анимальным») и нижним («вегетативным»). В анимальном полюсе больше протоплазмы и там размещается ядро, а в вегетативном полюсе больше желтка. Однако вдоль всего экватора яйцо однородно. Там нет выделенной плоскости, которая могла бы стать будущей плоскостью зеркальной симметрии головастика. Эта плоскость задается точкой входа сперматозоида, обычно лежащей чуть ниже экватора. Меридиан, соединяющий точку входа и два полюса, определяет будущую срединную плоскость зеркальной симметрии. Таким образом, окружающая среда дает ответ на вопрос «Где?», который, как кажется, в распределенной форме скрыто присутствует в неоплодотворенном яйце.

Заметим, что этой информации нет в яйце, не содержится она (в какой-либо сложной форме) и в ДНК сперматозоида. Более того, в случае с яйцом лягушки сперматозоид вообще не нужен. Того же результата можно достичь, уколов яйцо тонкой щетинкой. Такое неоплодотворенное яйцо разовьется во взрослую лягушку, но только гаплоидную (то есть имеющую лишь половину нужного числа хромосом).

Именно эту картину я держал в уме как парадигму для размышлений о природе вопроса. Мне кажется, что состояние яйца перед оплодотворением можно считать состоянием вопрошания, состоянием готовности получить определенный фрагмент информации, той информации, которая предоставляется внедрением сперматозоида.

Если объединить эту модель с тем, что я говорил о количестве и качестве в марксистской диалектике, и связать это с битвами вокруг проблемы «генетический детерминизм или влияние окружающей среды», а также битвами вокруг ламаркианства, также имевшими политические аспекты, можно предположить следующее. Мне кажется, что вопрос может быть количественным, тогда как ответ – качественным. Мне кажется, что состояние яйца в момент оплодотворения может быть описано в терминах некоторого количества «напряжения», напряжения, которое разряжается посредством по своей сути цифрового (дискретного) или качественного ответа, предоставляемого сперматозоидом. Вопрос «Где?» – это распределенная количественная величина. Ответ «Здесь!» – это точный цифровой ответ, решение в форме цифрового паттерна.

Мне кажется, что и в случае цепи с ее слабейшим звеном, и в случае яйца лягушки конкретный цифровой ответ приходит из сферы случайного[66]66
  Это место не вполне ясно. Несколькими абзацами выше утверждалось, что слабейшее звено латентно существует с самого начала и рост напряжения лишь выявляет его. Да и вообще, уподобление живой и механической систем идет против эпистемологических правил самого автора. – Примеч. пер.


[Закрыть]. Вопрос же принадлежит сфере количественного, олицетворяемой нарастающим напряжением.

Однако пора вернуться к проблеме описания организма и тому, что происходит с частями этого описания по мере того, как существо растет, испытывает воздействие окружающей среды или эволюционирует. Мы последуем Эшби и будем считать, что организм описывается списком пропозициональных переменных, включающим, возможно, несколько миллионов утверждений. Каждое из этих утверждений или величин характеризуется тем, что при превышении определенного уровня становится смертоносным. Другими словами, на организм возложена задача поддержания каждой переменной внутри верхней и нижней границы допустимого. Такую возможность организм имеет благодаря существованию гомеостатических петель. Переменные из нашего списка очень тесно и сложно связаны в петли, имеющие гомеостатические или метагомеостатические характеристики. В таких системах имеется два вида патологии, или, если хотите, два пути к катастрофе. Во-первых, любое монотонное изменение, то есть любое непрерывное увеличение или уменьшение значения любой переменной должно неизбежно вести к разрушению системы или же таким глубоким («радикальным») нарушениям, после которых уже невозможно говорить, что мы имеем дело с «той же» системой. Таков один из путей, ведущих к катастрофе, смерти или радикальным изменениям.

С другой стороны, не менее пагубной была бы жесткая фиксация значения какой-либо переменной, поскольку это в конечном счете разрушило бы гомеостатические процессы. Если эта переменная из числа тех, которые при нормальных условиях легко и быстро изменяются, то ее фиксация создаст тенденцию к возмущению медленно меняющихся переменных, лежащих в основе всего организма. Например, акробат на проволоке не сможет поддерживать равновесие, если зафиксировать положение его балансировочного шеста относительно тела. Он должен варьировать это положение, чтобы поддерживать истинность текущей пропозициональной переменной «Я нахожусь на проволоке (а не под ней)».

Тем самым качественное изменение характера любой переменной с вероятностью ведет к разрыву гомеостатической структуры. Сказанное выше о количестве и качестве можно рассматривать как описание системы, альтернативное к принадлежащему Эшби описанию системы как набора гомеостатических петель. Эти описания отчасти синонимичны. Эшби указал на еще одну важную вещь: препятствование изменениям поверхностных переменных провоцирует изменения более глубоких переменных. (Именно этот процесс используется в стратегии «итальянской забастовки», когда протестующие рабочие саботируют работу, просто строго выполняя все пункты инструкций.)

Ситуация усложняется, если мы говорим не об эволюции, где изменения происходят раз и навсегда, а об эмбриональном развитии. В ходе эмбрионального развития должно произойти множество кризисов того типа, на который указал Эшби. Одного лишь увеличения размера достаточно для разрушения целого ряда гомеостазов. Из-за этих интересных отношений между количественным фактором и паттерном в эмбриональном развитии должны быть предусмотрены скачкообразные функции. Более того, эмбрион, как правило, не может полагаться на случай в вопросе определения параметров плоскостей разрыва, по которым система разделяется под воздействием стресса, создаваемого непрерывным изменением. Эволюция в вопросе плоскостей разрыва доверяется случаю, однако при эмбриональном развитии паттерны разрыва сами должны надежно определяться сообщениями ДНК или какими-то другими внутренними факторами эмбриона, тщательно защищенного от внешних воздействий. Как краб автоматически обрывает собственные ноги или ящерица – свой хвост, должны иметься места, плоскости разрыва, готовые обозначить разрыв хода эмбрионального развития и последующий новый гештальт.

Еще одно усложнение возникает тогда, когда мы начинаем думать о реакции или обучении, опосредованном центральной нервной системой. В конце концов, нейрон – это почти точный аналог яйца лягушки в интересующем нас смысле. Нейрон – это такой компонент ткани организма, который наращивает «напряжение», создает состояние готовности, чтобы затем сработать под воздействием некоторого внешнего события или внешних условий, выступающих как событие. Это состояние напряжения есть «вопрос» в том же смысле, в каком является вопросом напряжение внутри яйца лягушки, предшествующее появлению сперматозоида. Нейрон, однако, должен проходить через этот цикл вновь и вновь. Фактически, это специально сконструированная часть организма, способная делать это вновь и вновь. Нейрон наращивает состояние, запускается, а затем вновь наращивает состояние. Такую общую характеристику имеют и нейроны, и мышечные волокна. От нее зависит вся организация организма.

Такое поведение нейрона, напоминающее релаксационные колебания[67]67
  Автоколебательный процесс, который может возникнуть в нелинейной системе с диссипацией. Простейшим нелинейным элементом может служить пороговое устройство, например газоразрядная лампа. Если подключить такую лампу параллельно заряжающемуся конденсатору, по достижении напряжения пробоя она откроется и разрядит конденсатор, после чего процесс возобновится. – Примеч. пер.


[Закрыть], можно рассматривать как повторяющуюся, структурированную последовательность «революционных» изменений. (Как я понимаю, что-то подобное происходит в некоторых странах Латинской Америки.)

До сих пор я фокусировался на явлении разрывности в отношениях между входящим воздействием и реакцией. Я утверждал, что за эмпирическими фактами существования пороговых значений и разрывов лежит глубокая необходимость. То, что многие изменения должны иметь характер скачкообразного переключения, есть не только вопрос улучшения связи при высоком соотношении сигнал/шум, но также и необходимая черта сложной кибернетической организации. Каким бы непрерывным и «аналоговым» ни было гомеостатическое управление, оно всегда зависит от пороговых значений. Поэтому всегда будет существовать контраст между непрерывным управлением количественной переменной и скачкообразным переключением управления, наступающим, когда количественные величины становятся слишком большими (или слишком малыми). [В Главе 4 объяснялось, что пороговые значения, задающие границы флуктуаций переменных, и есть структура данной системы.]

Теперь я хочу перейти к другому виду необходимости. Там, где разрывность отсутствует или размывается статистическим усреднением реакций отдельных мелких единиц (например, в популяциях нейронов), действуют закономерности, подобные закону Вебера – Фехнера. Если бы на других планетах имелись кибернетические системы такой сложности, что их можно было бы назвать «организмами», то там, где речь идет о взаимодействии непрерывно изменяющихся переменных через некий интерфейс, эти системы, несомненно, характеризовались бы вебер-фехнеровским видом зависимости.

Содержание закона Вебера – Фехнера можно выразить двумя способами.

1. Во всех случаях, когда орган восприятия используется для сравнения двух значений некоторой воспринимаемой количественной величины (веса, яркости и т. д.), для воспринимаемого различия будет существовать пороговое значение, ниже которого орган восприятия неспособен различить количественные величины. Это пороговое значение различия будет арифметическим отношением, и этот (безразмерный) коэффициент будет постоянным в широком диапазоне значений переменной. Например, если подопытный субъект безошибочно различает воспринимаемые веса три килограмма и четыре килограмма (коэффициент 3/4), то он также безошибочно различит тридцать грамм и сорок грамм.

2. Или же можно сказать, что отношение между входящим воздействием и ощущением таково, что количественное значение (интенсивность) ощущения изменяется как логарифм интенсивности входящего воздействия.

Это соотношение характеризует интерфейсы между окружающей средой и нервной системой во всех случаях, где интерфейсом служат органы восприятия. Особенно точно оно соблюдается на сетчатке, как это показал Зелиг Гехт[68]68
  Гехт, Зелиг (Hecht Selig, 1892–1947) – американский биофизик австрийского происхождения. Работал в Колумбийском университете, был пионером исследования биохимической основы процессов восприятия. – Примеч. пер.


[Закрыть].

Интересно, что, как правило, это соотношение характеризует центростремительные (афферентные) или входящие импульсы. Однако Норберт Винер обнаружил его и на интерфейсе между центробежным (эфферентным) нервом и мышцей, а именно: изометрическое напряжение мышцы пропорционально логарифму частоты нервных импульсов в нерве, обслуживающем эту мышцу[69]69
  Личное сообщение. Мне кажется, Винер никогда не публиковал подробности этого открытия. Однако он упоминает его во введении к своей книге «Кибернетика» (Wiener, 1961).


[Закрыть].

Насколько я знаю, количественные отношения между реакцией индивидуальной клетки и интенсивностью гормональных или других химических сообщений, воздействующих на нее, пока неизвестны. Мы не знаем, подчиняется ли гормональная коммуникация закону Вебера – Фехнера.

Что касается неизбежности вебер-фехнеровского соотношения в биологической коммуникации, то можно утверждать следующее.

1. Любая цифровая информация связана с различием. В отношениях карта – территория (в широком смысле), то, что переходит с территории на карту, – это всегда и неизбежно сведения о различии. Если территория однородна, на карте не появится никаких отметок. Сжатое определение информации звучит так: «небезразличное различие, действующее на расстоянии» (a difference which makes a difference at a distance).

2. При исследовании процесса восприятия, мы встречаем концепцию различия дважды. Во-первых, непроявленные или имплицитные различия должны иметься на территории; во-вторых, эти различия предстоит преобразовать в события внутри воспринимающей системы, то есть различие должно преодолеть порог срабатывания, должно отличаться от порогового значения.

3. Органы восприятия подобны выстилке желудка: они работают как фильтры, защищающие организм от агрессии или токсичности окружающей среды. Они одновременно должны и воспринимать «сведения», и не позволять чрезмерных воздействий. Это достигается при помощи варьирования реактивности органа в зависимости от интенсивности входящего воздействия. Логарифмическая шкала обеспечивает именно это: реакция на входящее воздействие является функцией не величины воздействия, а лишь логарифма этой величины. (Субтрактивная) разница реакций на входящие воздействия в тысячу и сто условных единиц будет равна лишь разнице реакций на десять единиц и одну единицу.

4. Информация, требующаяся организму (то есть имеющая ценность для выживания), соответствует логарифмической шкале. Организму выгодна высокая чувствительность (в абсолютных величинах) к малым воздействиям. Для оценки грубых воздействий такая чувствительность не нужна. Задача в том, чтобы услышать мышь в траве или собачий лай за километр – и при этом не оглохнуть от собственного крика.

5. Создается впечатление, что при любом восприятии (не только биологическом) и любых измерениях действует что-то вроде вебер-фехнеровской закономерности. Даже в искусственных механических приборах чувствительность прибора в абсолютных единицах падает с увеличением значения измеряемой переменной. Лабораторные весы могут точно измерять лишь сравнительно небольшие величины, а ошибка обычно вычисляется в процентах от измеряемой величины, то есть как арифметическое отношение.

Интересно, что в издании «Encyclopaedia Britannica» 1965 года в статье «Теория ошибок» приводится кривая распределения веса выходного продукта двухсот повторений одного химического процесса, которая несимметрична. Эта асимметрия, вероятно, является результатом действия закона Вебера – Фехнера при взвешивании различных ингредиентов. Человеческие глаза (и, возможно, некоторые весы) имеют равную реакцию на равные соотношения. Поэтому они более чувствительны (в абсолютных единицах) к различиям величин, меньших некоторого среднего, и менее чувствительны к различиям величин, бо́льших некоторого среднего.

6. Интерфейс между нервной системой и окружающей средой характеризуется глубоким различием природы тех сущностей, что находятся по одну сторону интерфейса, и тех, что находятся по другую, то есть их логического типа. Нечто, поступающее на вход и характеризующееся непрерывной количественной величиной, становится разрывным и качественным на воспринимающей стороне. Нейроны работают по принципу «всё или ничего», и чтобы они могли сообщать о непрерывных изменениях количественной переменной, необходимо применение статистических средств: либо усреднение по популяции нейронов, либо усреднение числа срабатываний отдельного нейрона за единицу времени, то есть его частота.

Все эти соображения, взятые вместе, ставят разум в особые отношения с телом. Мои руки и ноги подчиняются одной группе законов и уравнений в силу своих чисто физических характеристик: веса, размеров, температуры и т. п. Однако благодаря главным образом преобразованию количественных величин, налагаемому законом Вебера – Фехнера, управление движениями моих рук и ног в рамках коммуникативной системы, называемой «разум», подчиняется совершенно другим законам. Здесь мы сталкиваемся с интерфейсом между Креатурой и Плеромой.

Фехнер, несомненно, был выдающимся человеком, опередившим свое время по меньшей мере на сто лет. Он словно уже тогда видел, что проблему разум/тело нельзя снять, отрицая реальность разума. Он понимал, что причинно-следственные связи в биологии нельзя свести к простому взаимодействию материальных бильярдных шаров. Он также понимал, что нельзя рассматривать разум как отдельный трансцендентный фактор, сверхъестественную сущность, способную отделяться от тела.

Фехнер избежал обеих этих форм чепухи, установив логарифмическое соотношение между сообщением, каким оно переносится по коммуникативным системам тела, и материальными количественными величинами, характеризующими воздействия внешнего «вещественного» мира.

Фехнер, вероятно, сделал первый шаг, но многое еще предстоит сделать. Задачей следующих двадцати лет станет сбор корпуса фактов, объединяющих области генетики, морфогенеза и обучения, и построение Эпистемологии. Уже сейчас ясно, что три эти области есть единый предмет, в котором объяснительными средствами станут концепции Эпистемологии, то есть естествознания, находящегося на более высоком уровне абстракции. Эпистемология, которую нам предстоит построить, будет одновременно и тавтологией, то есть формальной системой, справедливой внутри самой себя, в своих собственных терминах, и естествознанием. Она должна быть той тавтологией, на которую можно отобразить эмпирические факты. Клетка многоклеточного животного, конечно же, уже воплощает собой именно такую Эпистемологию. Отношения между количеством и качеством, неизбежные следствия самокоррекции и гомеостаза и т. д. – все эти вещи детерминируют и вносят вклад во взаимодействие между клеткой и средой ее обитания. Увы, эпистемологии различных человеческих сообществ (отметим сообщества современного Запада), управляющие взаимодействием с окружающей средой, очень далеки от такого идеала.